Tricloroacetimidatos de benzila como agentes derivatizantes para ácidos fosfônicos relacionados a agentes nervosos por EI

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21299 (2022) Cite este artigo

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É apresentado o uso de tricloroacetimidatos de benzila para a benzilação de marcadores de agentes nervosos de ácido fosfônico em condições neutras, básicas e levemente ácidas. Os ácidos fosfônicos derivados de benzila foram detectados e analisados ​​por Cromatografia Gasosa por Ionização Eletrônica – Espectrometria de Massas (EI-GC–MS). Os ácidos fosfônicos usados ​​neste trabalho incluíram os ácidos etil-, ciclo-hexil- e pinacolil metilfosfônico, produtos de hidrólise de primeira passagem dos agentes nervosos etil N-2-diisopropilaminoetil metilfosfonotiolato (VX), ciclosarina (GF) e soman (GD), respectivamente. A otimização dos parâmetros de reação para a benzilação incluiu tempo de reação e solvente, temperatura e o efeito da ausência ou presença de ácido catalítico. As condições otimizadas para a derivatização dos ácidos fosfônicos especificamente para sua benzilação, incluíram ácido neutro e catalítico (< 5 mol%) e benzil 2,2,2-tricloroacetimidato em excesso acoplado ao aquecimento da mistura a 60 °C em acetonitrila por 4h. Enquanto as condições neutras para o método provaram ser eficientes para a preparação dos ésteres p-metoxibenzílicos dos ácidos fosfônicos, o processo catalisado por ácido pareceu fornecer rendimentos muito mais baixos dos produtos em relação à sua contraparte benzílica. A eficiência do método foi testada na derivatização e identificação bem-sucedidas do ácido pinacolil metilfosfônico (PMPA) como seu éster benzílico quando presente em uma concentração de ~ 5 μg/g em uma matriz de solo apresentada na Organização para a Proibição de Armas Químicas (OPAQ). 44ª prova de proficiência (PT). Além disso, o protocolo foi usado na detecção e identificação de PMPA quando adicionado a uma concentração de ~ 10 μg/mL em uma matriz líquida rica em ácidos graxos apresentada durante a 38ª OPCW-PT. O derivado benzílico do PMPA foi parcialmente corroborado com a biblioteca espectral NIST interna do instrumento e o banco de dados analítico central da OPCW (OCAD v.21_2019), mas identificado de forma inequívoca por comparação com um padrão autêntico sintetizado. Os valores de MDL (LOD) do método para os ácidos benzil e p-metoxibenzil pinacolil metilfosfônico foram determinados como 35 e 63 ng/mL, respectivamente, enquanto o Limite de Quantificação (LOQ) do método foi determinado como 104 e 189 ng/mL, respectivamente na matriz de solo OPAQ-PT avaliada.

Recentemente, o uso deliberado de agentes nervosos à base de organofosforados (OPNAs) em tentativas de assassinato bem-sucedidas e fracassadas no mundo1,2,3 resultou em um ressurgimento de esforços de pesquisa para o desenvolvimento de contramedidas médicas contra esses produtos químicos letais4,5,6 , métodos para sua descontaminação7,8 e formas alternativas mais efetivas para sua análise e detecção por diversos métodos analíticos9,10. Dentro do guarda-chuva das OPNAs, os agentes das séries G e V representam um dos mais comumente empregados historicamente dentro e fora dos conflitos militares. Três eventos mundiais importantes que ilustram seu uso contra alvos civis são o uso de sarin durante o ataque ao sistema de metrô de Tóquio11,12, o ataque químico de Ghouta na Síria13,14 e o uso de VX no assassinato de Kim Jong Nam no aeroporto de Kuala Lumpur na Malásia15. Agentes nervosos podem ser detectados por meio de GC-MS em sua forma intacta, pois são líquidos à temperatura ambiente e, portanto, voláteis quando submetidos a altas temperaturas no instrumento. Agora, embora alguns agentes nervosos tenham perfis de estabilidade mais pronunciados do que outros, o mecanismo pelo qual todos eles se degradam, sob condições básicas ou oxidativas, é bastante previsível16. Consequentemente, todos os OPNAs pertencentes às séries G e V sofrem hidrólise que é caracterizada pela cisão das ligações PF (por exemplo, GD, GF) ou P-CN (por exemplo, GA) em agentes à base de G, enquanto a maioria dos a via hidrolítica para os agentes da série V (por exemplo, VX, VR) envolverá a cisão da ligação P-S16,17,18. O evento de hidrólise leva à formação de meio-ésteres de ácido metilfosfônico que, devido à sua relação imediata com o agente nervoso, tornaram-se uma das espécies mais estudadas no campo da análise de guerra química por GC–MS19,20 (Fig. 1a) também como na análise de assinatura de atribuição química de OPNAs por vários métodos analíticos21,22,23,24. No entanto, a detecção direta desses produtos da hidrólise é problemática devido à sua baixa volatilidade, razão pela qual vários métodos para sua derivatização foram desenvolvidos, incluindo sililação25,26 e alquilação na forma de metilação27,28,29,30 e benzilação31,32. Esses métodos provaram ser ferramentas químicas essenciais no campo da análise de produtos de degradação de GC-MS e OPNA e, como tal, desfrutaram de vários empreendimentos de pesquisa no desenvolvimento de agentes de derivatização eficientes para sua análise de GC-MS bem-sucedida16. Um método em particular, a benzilação, tornou-se uma reação de derivatização básica para ácidos fosfônicos, fornecendo adutos que conferem ao ácido fosfônico um peso molecular mais alto e, portanto, maior tempo de retenção na coluna, bem como maior volatilidade33. O método estabelecido para a introdução do grupo benzila envolve o uso de uma base, geralmente carbonato de sódio ou potássio, para desprotonar o ácido fosfônico seguido de reação com um haleto de benzila (por exemplo, brometo de benzila) com aquecimento noturno a 70 °C34 (Fig. .1b). Essa reação é eficiente e funciona bem em condições básicas, o que pode criar alguns problemas ao lidar com espécies sensíveis a bases presentes em uma matriz que podem estar relacionadas a outro agente de guerra química de interesse. Para este fim, um protocolo para a benzilação de ácidos fosfônicos envolvendo condições neutras ou ligeiramente ácidas poderia fornecer aos analistas uma forma alternativa de introduzir a porção benzil em ácidos fosfônicos. O método aqui apresentado emprega dois reagentes, benzil- e p-metoxibenzil-2,2,2-tricloroacetimidato, para a formação de ésteres benzílicos de ácidos fosfônicos relacionados a OPNAs (Fig. 1c).